Linearized SQUID Array (LISA) for High Bandwidth Frequency-Domain Readout Multiplexing
我们设计并演示了一个低温反馈线性化的超导量子干涉器件（SQUID）阵列。为了实现必要的环路增益，由三个单片100元件串联阵列构成300元件串联阵列SQUID。反馈电阻完成了从SQUID输出到输入线圈的环路。与包括室温放大器的SQUID磁通锁定回路相比，该线性化SQUID阵列（LISA）的短反馈路径允许显著更大的磁通锁定回路带宽。LISA的带宽、线性度、噪声性能和动态范围足以用于我们的目标应用：过渡边缘传感器测辐射热计的多路复用读出。
2009-01-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Simons Observatory Microwave SQUID Multiplexing Readout -- Cryogenic RF Amplifier and Coaxial Chain Design
西蒙斯天文台（SO）是一个即将在Cerro Toco高原（智利）进行的偏振敏感宇宙微波背景（CMB）实验，与其他光学和红外调查（例如，DESI、LSST、HSC）。为了使SO的四个望远镜中的每一个都能读出\bigO（10，000）个探测器，我们将采用微波SQUID复用技术。在目标复用因子为\bigO{(1,000)}的情况下，微波SQUID复用从未以SO所需的规模部署。在这里，我们提出了低温同轴电缆和RF组件链的设计，该组件链将室温读出电子设备连接到超导谐振器，该超导谐振器耦合到在亚开尔文温度下工作的过渡边缘传感器测辐射热计。我们描述的设计考虑，包括低温射频元件的选择，系统的线性度，噪声和热功耗。
2020-03-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Recent Advances in Frequency-Multiplexed TES Readout: Vastly Reduced Parasitics and an Increase in Multiplexing Factor with sub-Kelvin SQUIDs
宇宙微波背景（CMB）测量从根本上受到光子统计的限制。因此，地面CMB观测站一直在增加同时观测天空的探测器数量。由于单片制造的过渡边缘传感器（TES）阵列的出现，十多年来，天空探测器的数量一直呈指数级增长。下一代实验CMB-S4将使探测器数量从目前的最先进水平增加一个数量级以上，达到约50万个。使用现有的技术：频域复用（fMux），可以读出如此大量的精密亚开尔文传感器。为了进一步优化该系统并降低复杂性和成本，我们最近取得了重大进展，包括消除4 K电子器件，大幅降低寄生串联阻抗，以及显著提高复用因子。
2019-08-20 astro-ph.IM physics.ins-det
A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是超导探测器，能够计数单个光子并测量其在UV、光学和近IR中的能量。MKID具有微波频率下的固有频域复用（FDM），允许构建和读出大型阵列。由于微波FDM，MKID不需要用于类似探测器的复杂低温多路复用电子器件，例如过渡边缘传感器（TES），而是将这种复杂性转移到室温电子器件，在室温电子器件中，它们提出了强大的信号处理挑战。在本文中，我们描述了第一次成功的努力，建立一个读出的光子计数光学/近红外天文仪器，阵列相机的光学近红外分光光度计（ARCONS）。该读数基于天文信号处理和电子研究合作组织（CASPER）开发的开源硬件。主要为射电望远镜后端设计，它足够灵活，可用于各种信号处理应用。
2012-03-27 astro-ph.IM
System performance of a cryogenic test-bed for the time-division multiplexing readout for NewAthena X-IFU
本文报道了用于 NewAthena X-IFU 的 TDM 低温测试台，其线束长度接近实际设计，通过32行读出在6 keV处实现2.7 eV FWHM 能量分辨率，并展望了集成到焦平面开发模型的前景。
2024-11-05 astro-ph.IM
Signal readout for Transition-Edge Sensor X-ray imaging spectrometers
低温微量热仪阵列为X射线天体物理学提供了一种很有前途的技术：成像光谱仪。具有至少几千个像素的照相机，每个像素在宽能量范围（200 eV到10 keV或更高）内具有几千个能量分辨率（$E/ΔE\urss{FWHM}$），将是研究高能天体和现象的革命性仪器。信号读出是一项关键的使能技术。多路复用读出，其中来自多个像素的信号被组合到单个放大器通道中，允许千像素规模的微量热计阵列满足对功耗、质量、体积和轨道冷却能力的严格要求。本章介绍了三种不同的多路复用读出技术的过渡边缘传感器微量热计：时分复用，频域复用和微波SQUID复用。对于每一种复用技术，我们提出了基本的方法，讨论了一些设计考虑和参数，并显示了最先进的。本章的结论与未来前景的简要讨论。
2022-09-12 astro-ph.IM hep-ex
Demonstration of MHz frequency domain multiplexing readout of 37 transition edge sensors for high-resolution x-ray imaging spectrometers
我们报告的发展和演示的MHz频域复用（FDM）技术读出阵列的低温过渡边缘传感器（TES）X射线微量热计。在我们的FDM方案中，通过高$Q$ LC谐振器阵列，在低MHz范围内的不同谐振频率下对TES进行AC偏置。所有TES的电流信号在超导量子干涉装置（SQUID）处相加。我们已经证明了多路复用的读出31个像素，使用室温电子，高$Q$ LC过滤器和TES阵列在SRON开发，和SQUID阵列从VTT。我们在第二个37像素的设置上重复了这个过程。合计X射线光谱分辨率$@$ 5.9 keV为$ΔE_{\rm 31 pix ~MUX}=2.14\pm0.03$ eV和$ΔE_{\rm 37 pix ~MUX}=2.23\pm0.03$ eV。所展示的结果与其他多路复用方法相当。有可能进一步提高光谱分辨率和增加复用TES的数量，并打开TES X射线微量热计的应用。
2021-11-02 astro-ph.IM physics.ins-det
Readout of two-kilopixel transition-edge sensor arrays for Advanced ACTPol
先进的ACTPol是六米阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）的仪器升级，旨在测量宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振与弧分尺度的角分辨率。为了实现其科学目标，Advanced ACTPol利用比任何先前CMB实验更大的读出复用因子来测量探测器阵列，每个150 mm探测器晶片中具有大约2000个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计。我们提出了先进的ACTPol时分复用读出架构与64行复用因子的实施和测试。这包括测试单个多色探测器像素和超导量子干涉器件（SQUID）多路复用芯片，以及测试和优化集成读出电子设备。特别是，我们描述了新的自动化多路复用SQUID调谐程序开发，以选择和优化读出每个高级ACTPol阵列所需的数千个SQUID参数。每个阵列中的多色检测器像素针对每个偏振和两个频率中的每一个使用单独的通道，使得每个像素必须读出四个TES。所面临的挑战包括：与ACTPol相比，每个多路复用读出通道的探测器数量增加一倍，以及优化奈奎斯特电感，以最大限度地减少探测器和SQUID噪声混叠。
2016-07-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
picoMUX: microcontroller based time-domain multiplexing readout for kilopixel TES arrays
Princeton University（普林斯顿大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Iceland（冰岛大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
针对下一代CMB望远镜千像素TES阵列电子选项少的问题，提出皮可复用器架构，用微控制器取代FPGA，利用NIST复用器特性，实现所需定时指标，降低成本等，且噪声测量符合预期。
2026-07-15 astro-ph.IM physics.ins-det
End-to-End Modeling of the TDM Readout System for CMB-S4
针对CMB-S4实验中探测器数量增加对读出系统的更高要求，本文开发了预测TDM读出电路带宽与噪声性能的端到端模型，用于设定组件要求并验证了其与传统及原型硬件性能的一致性。
2023-11-17 astro-ph.IM
Crosstalk effects in microwave SQUID multiplexed TES bolometer readout
本文研究了微波SQUID多路复用TES测辐射热计读出中的电气串扰问题，通过建模分析各串扰机制的相对贡献并对比不同读出系统，为未来毫米波天文台的探测器阵列设计提供指导。
2024-04-09 astro-ph.IM
Low Noise Frequency Domain Multiplexing of TES Bolometers using Sub-kelvin SQUIDs
数字频域多路复用（DfMux）是一种使用MHz超导谐振器和超导量子干涉器件（SQUID）阵列来读出过渡边缘传感器组的技术。DfMux已被用于几个宇宙微波背景实验，包括最近的POLARBEAR-2和SPT-3G，其多路复用系数高达68，并且是计划中的卫星任务LiteBIRD的基线读出技术。在这里，我们提出了最近的工作重点是提高DfMux读出噪声，降低寄生阻抗，并改善传感器的操作。我们已经实现了一个大幅度减少杂散阻抗集成的传感器，谐振器，和SQUID阵列到一个单一的载板上工作在250 mK。这也大大简化了低温部件的封装，并导致更好地控制串扰。我们证明了8.6 pA/Hz $^{-1/2}$的低读出噪声水平，这是通过在降低的温度和低动态阻抗下操作SQUID阵列成为可能。与目前使用DfMux进行的宇宙微波背景实验中所获得的读出噪声水平相比，这是一个两倍的改进，代表了下一代仪器技术成熟的关键一步。
2021-12-04 astro-ph.IM physics.ins-det
FFTS readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感检测器（MKID）对于用于例如亚毫米成像的大型非常灵敏的检测器阵列具有巨大的潜力。由于固有地在频域中读出，它们特别适合于频域多路复用，允许用一对同轴电缆读出$\sim$ 1000个器件。然而，这将探测器的复杂性从低温转移到温暖的电子设备。我们在这里提出的概念和实验演示使用快速傅里叶变换光谱仪（FFTS）读出，显示没有恶化的噪声性能相比，低噪声模拟混合，同时允许高复用比。
2009-03-13 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Characterization of the RF Board for microwave SQUID multiplexing readout electronics
本文描述了一种用于AliCPT微波SQUID复用读出系统的室温变频板（RF Board），通过上变频和下变频实现基带与射频信号转换，并验证其满足1000音调操作的功率窗口要求。
2026-10-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Digital frequency multiplexing with sub-Kelvin SQUIDs
数字频率多路复用（dfMux）是一种用于基于过渡边缘传感器的探测器阵列的读出架构，并用于包括SPT-3G，POLARBEAR-2和LiteBIRD在内的望远镜。在这里，我们提出了最近的进展和计划，为数字频率复用测辐射热计的一个亚开尔文SQUID架构的发展。该方案将SQUID从4 K级移动到250 mK级，与测辐射热计相邻。在检测器台上操作SQUID可以提供更低的噪声和更大的可扩展性。由于布线长度减小和寄生效应减小，电气性能将得到改善，从而允许更高的复用因子和更低的测辐射热计R_normal。这些性能改进将为未来的仪器（如CMB-S4）提供超大焦平面。
2018-07-16 astro-ph.IM
Code-division multiplexing for x-ray microcalorimeters
我们展示了码分复用（CDM）读出的8个过渡边缘传感器微量热计。能量分辨率为3.0 eV（半峰全宽）或更好的5.9 keV，最好的分辨率为2.3 eV和2.6 eV的平均超过7个调制探测器。的磁通量求和CDM系统的描述和类似的时分复用（TDM）读出比较。我们发现，与TDM的平方（Npixels）复用的缺点是不存在CDM。该演示将CDM确立为在现有TDM微量热实验中获得更高性能的简单途径和达到更高复用因子的长期方法。
2012-01-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Thermal crosstalk of X-ray transition-edge sensor micro-calorimeters under frequency domain multiplexing readout
我们测量和表征了两种不同的过渡边缘传感器（TES）X射线微热计阵列的热串扰与频域复用（FDM）读出。TES阵列是在SRON制造的，是8 $\times$ 8和32 $\times$ 32“千像素”均匀阵列。串扰量被评估为平均串扰信号与X射线脉冲幅度之间的比率。我们的探测器的串扰比（CR）符合未来X射线空间任务的要求，如雅典娜X-IFU（用于第一相邻像素的CR $< 10^{-3}$）：我们在$10^{-4}$水平上测量了最近邻热串扰比，对于千像素阵列，最高串扰比为$4\times 10^{-4}$（最坏情况，阵列中心）和8 $\times$ 8阵列的$1\times 10^{-4}$，其中通过优化TES阵列芯片的背面中的Cu金属化和Si支撑结构（窗格条）的宽度可实现改进的裕度。根据测得的串扰比，我们通过噪声等效功率（NEP）考虑和蒙特卡罗模拟估计了对光谱分辨率的影响，发现正交平均退化小于40 meV，符合Athena X-IFU < 0.2 eV的要求。
2021-11-24 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory: Studies of Phase Drift in RF Transmission Lines from the First Large-Scale Deployment of Microwave Frequency Multiplexing for Cosmology
Stanford University（斯坦福大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology, Stanford（斯坦福粒子天体物理与宇宙学卡弗里研究所）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Cornell University（康奈尔大学）；Wright Laboratory, Department of Physics, Yale University（耶鲁大学物理莱特实验室）
西蒙观测站利用SMuRF电子设备研究微波频率复用中无线电频率传输线的相位漂移问题，以确保高密度数据读取的准确性。
2025-09-30 astro-ph.IM
Microwave multiplexing on the Keck Array
我们描述了一个微波复用读出系统的凯克阵列，在南极观测宇宙微波背景的偏振实验的接收器之一的天空演示。在2018-2019年的南方夏天，我们用微波多路复用组件取代了时分多路复用读出系统，包括在亚开尔文焦平面耦合到射频超导量子干涉装置的超导微波谐振器、室温和冷级之间的同轴电缆管道和放大，以及用于热电子设备的SLAC微谐振器射频系统。在5-6 GHz范围内，单根同轴电缆可读出528个通道。读出系统耦合到过渡边缘传感器，这又耦合到150 GHz的槽偶极相控阵天线。观察始于2019年4月，我们在这里报告了系统性能的初步表征。
2020-01-17 astro-ph.IM
Commercially fabricated antenna-coupled Transition Edge Sensor bolometer detectors for next generation Cosmic Microwave Background polarimetry experiment
我们报道了用于宇宙微波背景（CMB）偏振测量实验的商用多色天线耦合跃迁边缘传感器（TES）测辐射热计阵列的研制。下一代CMB实验中探测器数量的数量级增加需要一种新的探测器晶片生产方法来增加制造吞吐量。我们描述了与商业超导电子制造设施（SeeQC，Inc.）以制造天线耦合TES测辐射热计探测器。我们已经成功地制造了一个业务的双偏振，二向色性的正弦天线耦合TES探测器阵列上的150毫米直径的晶圆。所制备的探测器阵列的平均成品率为95%，并且具有良好的均匀性。RF特性和TES测辐射热计特性都适合于CMB观测。我们成功地制造了不同类型的TES测辐射热计优化的频率复用读出，时域复用读出，和微波SQUID复用读出。我们还展示了高产量。我们讨论的动机，设计考虑，制造过程中，测试结果，以及如何工业探测器制造可能是一个路径，以制造数百个探测器晶片未来CMB偏振实验。
2019-12-30 astro-ph.IM
Tuning of Kilopixel Transition Edge Sensor Bolometer Arrays with a Digital Frequency Multiplexed Readout System
研制了一种数字频率多路复用（DfMUX）系统，用于调谐毫米波宇宙学望远镜用SQUID阵列读出的大型跃迁边缘传感器（TES）测辐射热计阵列。DfMUX系统将多个测辐射热计的输入偏置电压和输出电流多路复用到一组低温导线上。多路复用减少了相机的亚开尔文低温探测器阶段的热负荷。在本文中，我们描述的算法和软件用于设置和优化的操作测辐射热相机。这些算法在嵌入在每个后端读出板上操作的FPGA器件内的软处理器上实现。其结果是一个完全并行化的实现，其设置时间与数组大小无关。
2009-11-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Adaptation of frequency-domain readout for Transition Edge Sensor bolometers for the POLARBEAR-2 Cosmic Microwave Background experiment
POLARBEAR-2宇宙微波背景（CMB）实验旨在以高灵敏度观测B模偏振，以探索CMB的引力透镜和暴胀引力波。POLARBEAR-2是基于POLARBEAR-1的升级实验，该实验于2012年1月首次亮相。对于POLARBEAR-2，我们将建造一个接收器，该接收器具有7，588个过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，耦合到两个波段（95和150 GHz）偏振敏感天线。对于大阵列的读出，我们采用数字频域复用和复用32个测辐射热计通过一个单一的超导量子干涉仪（SQUID）。8测辐射热计频域复用读出已部署在北极熊-1实验。将该架构扩展到32个测辐射热计需要将SQUID电子器件的带宽增加到3 MHz。为了实现带宽的增加，我们在数字频率复用平台上使用数字有源置零（DAN）。本文提出了对用于调制测辐射热计的低温布线和电容器的寄生电感和电阻的要求和改进。这些组件在1 MHz以上是有问题的。我们还表明，我们的系统是能够偏置测辐射热计在其超导过渡在3 MHz。
2013-07-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Multiplexed Readout for 1000-pixel Arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors
微波动力学电感探测器（MKID）是远红外和亚毫米天文学最有吸引力的辐射探测器：它们将最终的灵敏度与创建超过10 000像素的超大探测器阵列的可能性相结合。这通过使用RF频分复用读出阵列是可能的，RF频分复用允许每个读出线超过1000个像素的复用比。我们描述了一种新的读出系统的大阵列的MKID，在2 GHz频段的4-8 GHz范围内工作。读出，这是一个数字前端和后端和模拟上下变频器系统的组合，可以读出多达4000个探测器同时与1 kHz的数据速率。该系统实现了读出噪声功率谱密度为-98 dBc/Hz，同时读取1000个载波，这与载波的数量成线性比例。我们证明，4000国家的最先进的铌氮化钛MKID可以读出，而不会恶化其固有的性能。
2016-04-01 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory microwave SQUID multiplexing detector module design
宇宙微波背景（CMB）科学的进步取决于增加观测天空的灵敏探测器的数量。新仪器部署了大型超导过渡边缘传感器（TES）测辐射热计阵列，这些传感器密集地平铺在更大的焦平面上。高复用因子减少了低温接收器上的热负荷并简化了它们的设计。我们提出的焦平面模块的设计具有一个数量级更高的复用因子比以前实现TES测辐射热计。我们专注于新的冷读出组件，它采用微波SQUID复用（$μ$复用器）。西蒙斯天文台将使用49个包含60，000个测辐射热计的模块来对CMB进行精密灵敏的测量。我们验证了焦平面模块的设计，提出测量的读出组件与和没有一个原型探测器阵列的1728偏振敏感的辐射热计耦合到喇叭天线。读出组件实现了$95\%$产率和910多路复用因子。每个读出通道的中值白噪声为65 $\mathrm{pA/\sqrt{Hz}}$。这影响了$< 8\%$的预计SO标测速度，低于灵敏度预测中假设的速度。结果验证了模块的全部功能。我们讨论了测量性能的背景下，SO科学的要求，这是超过。
2021-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Horn-Coupled, Commercially-Fabricated Aluminum Lumped-Element Kinetic Inductance Detectors for Millimeter Wavelengths
我们讨论的设计，制造和测试的原型喇叭耦合，集总元件动态电感探测器（LEKIDS）设计的宇宙微波背景（CMB）的研究。LEKID由沉积在硅晶片上的薄铝膜制成，并在STAR Cryoelectronics（一家商业设备代工厂）使用标准的光刻技术进行图案化。我们制作了20个元件阵列，优化了以150 GHz为中心的光谱带，以测试器件的灵敏度和产量以及复用方案。我们在两种配置中表征了探测器。首先，在黑暗的环境中与喇叭孔径覆盖的检测器进行了测试，第二，喇叭孔径指向一个光束填充低温黑体负载。这些测试表明，复用方案是稳健的和可扩展的，跨多个LEKID阵列的产率为91%，并且4 K光负载的噪声等效温度（NET）在26 $\thinspace\pm6 \thinspace μ\mbox{K} \sqrt{\mbox{s}}$的范围内。
2015-03-26 astro-ph.IM
A flexible GPU-accelerated radio-frequency readout for superconducting detectors
我们已经开发了一个灵活的射频读出系统，适用于各种超导探测器通常用于毫米和亚毫米天体物理学，包括动态电感探测器（KID），热KID测辐射热计（TKID），和量子电容探测器（QCD）。我们的系统避免了基于FPGA的自定义读出，而是使用市售的ADC/DAC软件无线电硬件和GPU来处理实时信号处理。由于该系统是用通用C++/CUDA编写的，因此可以快速实现的不同算法的范围使其适用于许多其他低温探测器的读出，并适用于测试不同的和可能更有效的数据采集方案。
2018-12-05 astro-ph.IM
Development of readout electronics for POLARBEAR-2 Cosmic Microwave Background experiment
具有大复用因子的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的读出是下一代宇宙微波背景（CMB）实验Polarbear-2的关键，该实验具有7，588个TES测辐射热计。为了实现大阵列，我们一直在开发一个读出系统，在频域中的复用因子为40。将该架构扩展到40个测辐射热计需要将SQUID电子器件的带宽增加到4 MHz以上。本文重点介绍低温读出，并显示它如何影响串扰和TES测辐射热计的响应度。诸如用于LC滤波器的电容器的等效串联电阻（ESR）的串联电阻导致测辐射热计的非线性响应。布线电感调制测辐射热计两端的电压并引起串扰。为了减小CMB观测中的系统误差，必须对它们进行很好的控制。我们一直在开发具有低串联阻抗的低温读出器，并在高频（> 3 MHz）过渡期间对测辐射热计进行了调谐。
2015-12-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Readout for Kinetic-Inductance-Detector-Based Submillimeter Radio Astronomy
在亚毫米和远红外波段的天文数据中包含了大量重要的科学信息，包括关于尘埃星系、星系团和恒星形成区的信息;然而，这些波段是天文学中探索最少的领域，因为这类研究涉及技术困难。在过去20年中，为研制亚毫米和毫米波长天文仪器和望远镜作出了相当大的努力。探测器的数量是这类仪器的一个重要特性，也是目前研究的主题。未来的望远镜将需要多达数十万个探测器来满足视场、扫描速度和分辨率方面的必要要求。大像素数是开发使用动态电感检测器（KID）技术的可复用检测器的一个益处。本文介绍了基于KID的仪器的读出电子学的各个方面的发展，该仪器实现了迄今为止在亚毫米/毫米波长成像阵列中实现的最大探测器计数之一：总共2304个探测器。本文中提出的工作已经在多波长亚毫米波电感相机（MUSIC）中实现，这是2013年至2015年期间加州理工学院亚毫米波天文台（CSO）的仪器。
2020-08-27 astro-ph.IM
Highly-multiplexed microwave SQUID readout using the SLAC Microresonator Radio Frequency (SMuRF) Electronics for Future CMB and Sub-millimeter Surveys
正在开发的下一代低温CMB和亚毫米相机需要密集的传感器阵列来满足其科学目标。例如，如为CMB-S4实验所建议的，大量（每个照相机$\sim$ 10，000 - 100，000）亚开尔文传感器的读出将需要冷读出和热读出技术的实质性改进。为了降低每个传感器的读出成本和集成复杂性，目前的努力集中在实现更高的复用密度，同时保持读出噪声低于固有检测器噪声。正在积极开发的高度多路复用冷读出技术包括微波动态电感传感器（MKID）和微波rf-SQUID。两者都利用超导微波谐振器的高品质因数来将亚开尔文传感器密集地引导到微波传输线的带宽中。我们提出了一种新的微波SQUID多路复用，SLAC超导微谐振器RF电子学，或SMuRF温读出系统的发展的进步。SMuRF系统的独特之处在于其跟踪每个音调的能力，最大限度地减少了读取每个谐振器所需的总RF功率，从而显著降低了冷读出和热读出的线性要求。在这里，我们提出的第一个完整的SMuRF系统的读出噪声和线性度的测量，包括一个528通道低温微波SQUID多路复用器的闭环音调跟踪演示。SMuRF正在探索作为未来CMB项目的潜在读出解决方案，包括西蒙斯天文台，BICEP阵列，CCAT-prime，Ali-CPT和CMB-S4。该平台的并行开发正在进行中，以适应SMuRF读取MKID和快速X射线TES热量计阵列。
2018-09-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Frequency Shift Algorithm: Design of a Baseband Phase Locked Loop for Frequency-Domain Multiplexing Readout of X-ray Transition-Edge Sensor Microcalorimeters
过渡边缘传感器（TES）是一种用于测量单个X射线光子能量的极其灵敏的设备。对于天文光谱测量应用，SRON开发了一个频域复用（FDM）读出系统，用于千像素阵列的这种TES。每个TES在1至5 MHz范围内的特定频率下被电压偏置。各个像素之间的隔离是通过非常窄带（高Q）光刻LC谐振器获得的。为了防止由于互调线路噪声导致的能量分辨率降低，偏置频率分布在规则网格上。对LC谐振频率的精度要求很高。由于生产公差引起的谐振频率的偏差相对于带宽是显著的，并且控制器是必要的以补偿LC串联阻抗。我们提出了两个这样的控制器：一个简单的正交比例积分（PI）控制器和一个更复杂的阻抗估计。两个控制器都在基带中工作，并试图使TES电流与偏置电压同相，有效地作为锁相环（PLL）工作。它们允许TES像素的非LC谐振操作，同时保持TES热响应和能量分辨率。广泛的实验结果-最近发表在一个配套文件-与所提出的方法，表明这些控制器允许在多路复用操作中保存单个像素的能量分辨率。
2021-07-02 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
Results and Limits of Time Division Multiplexing for the BICEP Array High Frequency Receivers
本文首次介绍了为BICEP Array高频接收器重新设计的常温读出电子设备，将时分复用技术在复用率、噪声和串扰方面推向极限，以满足极高噪声性能与系统误差控制的科学需求。
2023-10-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the Athena
我们正在开发的频域多路复用（FDM）读出的过渡边缘传感器（TES）微量热计的X射线积分场单元（X-IFU）的仪器上的未来欧洲X射线天文台雅典娜。X-IFU仪器由具有高量子效率（$>$ 90 \%）和光谱分辨率$ΔE$ =2.5 eV $@$ 7 keV（$E/ΔE\sim$ 2800）的$\sim$ 3840 TES阵列组成。FDM目前是X-IFU仪器的基线读出系统。利用SRON公司研制的高品质因数LC滤波器和室温电子学器件以及VTT公司提供的低噪声两级SQUID放大器，我们最近在具有Au/Bi吸收体的Mo/Au TES量热计的FDM读出中展示了良好的性能。一个集成的噪声等效功率分辨率约为2.0 eV，在1.7 MHz已被证明与一个新的TES阵列从美国宇航局/戈达德（GSFC-A2）的像素。在1.7 MHz的交流偏置频率下，单像素读出的X射线能量分辨率为$\sim$ 2.5 eV。我们还首次证明了X射线能量分辨率约3.0 eV的6像素FDM读出与TES阵列（GSFC-A1）。在本文中，我们报告的单像素的性能，这些微热计MHz的交流偏置下，这些像素的性能下FDM的进一步结果。
2016-11-03 astro-ph.IM
Design and performance of dual-polarization lumped-element kinetic inductance detectors for millimeter-wave polarimetry
集总元件动态电感探测器（LEKID）是一种有吸引力的毫米波观测技术，需要大量极低噪声探测器阵列。我们设计，制造和表征64元（128 LEKID）阵列的喇叭耦合，双极化LEKID优化地面CMB偏振。我们的设备是敏感的两个正交极化在一个单一的频谱带中心为150 GHz的$Δν/ν=0.2$。$65\times 65$ mm正方形阵列被设计成平铺到光学系统的焦平面中。我们通过实验室测量证明了这些双极化LEKID的可行性。LEKID模块在亚开尔文低温恒温器中使用基于FPGA的读出系统进行测试，该低温恒温器使用两级绝热退磁制冷机。该设备的特点是使用黑体和毫米波源。偏振特性的测量与低温阶梯半波片。我们测量了谐振腔参数和探测器灵敏度、噪声谱、动态范围和偏振响应。谐振器具有接近$1\times 10^{6}$的内部品质因数。该探测器在正交偏振方向上具有均匀的响应，并具有很大的动态范围。探测器的光子噪声限制在1 pW以上的吸收功率。在3.4 K黑体负载下的噪声等效温度为$<100~μ\mathrm{K\sqrt{s}}$。探测器对正交偏振的灵敏度大于80%。整个阵列在单个读出线上多路复用，证明了128的多路复用因子。阵列和读出满足对于512的复用因子同时读出4个阵列的要求。这项实验室研究展示了第一个双极化LEKID阵列的CMB偏振测量优化，并显示了对天空观测的探测器的准备。
2017-11-19 astro-ph.IM
An Impedance-Modulated Code-Division Microwave SQUID Multiplexer
大型低温探测器阵列，包括过渡边缘传感器（TES）或磁性微量热计（MMC），需要在广泛的应用范围内的未来实验。集成和低温布线的复杂性已经推动了开发具有大复用因子同时保持最小读出噪声的低温读出技术的努力。一个这样的示例是微波SQUID多路复用器（$μ$ mux），其将输入TES或磁量热计信号耦合到在频率上调制的唯一GHz频率谐振。在这里，我们提出了一种混合方案相结合的微波SQUID多路复用器与码分复用：阻抗调制码分复用器（Z-CDM），这可能使一个数量级的增加，特别是对于低带宽信号的应用复用因子。
2020-01-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Susceptibility study of TES micro-calorimeters for X-ray spectroscopy under FDM readout
我们提出了一个表征的灵敏度的TES X射线微量热计的环境条件下频域复用（FDM）读出。在FDM方案中，读出链中的每个TES与LC带通滤波器串联，并且用MHz范围的独立载波进行AC偏置。使用TES阵列，冷读出电路和温暖的电子制造的SRON和SQUID在VTT芬兰，我们的特点的检测器的灵敏度偏置电压，浴温度和磁场。我们将我们的结果与Athena X-IFU仪器的要求进行了比较，显示了测量灵敏度的合规性。我们发现，特别是FDM本质上是不敏感的磁场，因为TES的设计和交流读出。
2022-08-23 astro-ph.IM
Characterization of aliased noise in the Advanced ACTPol receiver
先进的ACTPol是$6\, \rm m$孔径阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）的第二代偏振敏感升级，与以前的ACTPol接收器相比，增加了探测器数量和频率覆盖范围。Advanced ACTPol利用基于超导量子干涉器件（SQUID）的新的两级时分复用读出架构，实现高达64（行）的复用因子，在150/220 GHz和两个90/150 GHz摄像机中部署2，012个探测器，每个摄像机包含1，716个探测器。在时域系统中，混叠将噪声引入读出。在这项工作中，我们提出了一个数字的优点来衡量这种噪声的贡献，并提出了测量的高级ACTPol接收机的混叠噪声分数部署。
2019-12-05 astro-ph.IM
Assembly development for the Simons Observatory focal plane readout module
西蒙斯天文台（SO）是一套对温度和宇宙微波背景（CMB）偏振敏感的仪器，位于智利阿塔卡马沙漠的塞罗托科。五个望远镜，一个大口径望远镜和四个小口径望远镜，将容纳大约70，000个在100 mK下运行的高度多路复用过渡边缘传感器（TES）探测器。每个SO焦平面模块（UFM）将1，764个TES耦合到微波多路复用（uMux）读出电路中的微波谐振器。在探测器集成之前，100 mK uMux组件被封装到多路复用模块（UMM）中，这些模块经过独立验证，以确保它们符合SO性能规格。在这里，我们提出了这些UMM读出封装的中频（90/150 GHz）和超高频（220/280 GHz）UFM组件的发展。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Development of TRL5 Space Qualified Hardware for Tuning, Biasing, and Readout of Kilopixel TES Bolometer Arrays
下一代天基毫米波望远镜，如JAXA的LiteBIRD任务，需要具有数千个探测器的焦平面，以实现其科学目标。数字频域多路复用（dfmux）技术允许探测器计数缩放，而不会出现线束、亚开尔文制冷机负载和其他缩放问题的线性增长。在本文中，我们介绍了技术就绪5级（TRL5）电子适用于偏置和读出的LiteBIRD的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计使用dfmux技术。这些电子设备位于航天器的有效载荷计算机和低温焦平面之间，并在这些探测器和航天器的机载存储之间提供探测器偏置，调谐和读出接口。我们描述了电子的整体架构，包括功能分解成模块，这些模块的数字学和互连，以及它们的内部和外部接口。我们描述的性能测量，包括功耗，热性能，质量，体积和可靠性估计。本文是电子板上现场可编程门阵列（FPGA）固件描述的姊妹篇。
2022-07-22 astro-ph.IM
An Open Source, FPGA-based LeKID readout for BLAST-TNG: Pre-flight Results
我们提出了一个高频率多路复用读出的大型超导探测器阵列，用于下一代球载和天基亚毫米和远红外任务。我们将在即将到来的NASA下一代机载大孔径亚毫米望远镜（BLAST-TNG）上展示这项技术，以测量250，350和500微米波长的银河尘埃的偏振发射。BLAST-TNG接收器集成了第一个集总元件动态电感探测器（LeKID）阵列以及第一个微波多路复用读出电子设备，可在类似太空的环境中飞行，并将显着推进这些技术的TRL。在BLAST-TNG飞行之后，我们将继续改进探测器和读出电子设备的性能，用于下一代球载仪器和未来的FIR勘测器。
2016-11-16 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Thermal and Electrical Properties of Prototype Readout Components for CMB-S4
本文针对CMB-S4探测器数量大幅增加带来的物理限制，表征了包括布线和SQUID阵列在内的原型读出组件的热学和电学性能，以平衡热负载与带宽，优化整体系统性能。
2025-11-04 astro-ph.IM
Spaceflight KID Readout Electronics for PRIMA
NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；NASA Jet Propulsion Laboratory（美国宇航局喷气推进实验室）；School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Physics, Arizona State University（亚利桑那州立大学物理系）
PRIMA任务开发了高耐辐射的KID读出电子设备，支持多路复用1000个探测器，适应L2轨道并切换两种不同频段的仪器。
2026-01-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization of Multiple Channels Room Temperature Readout Electronics for Large Transition-Edge Sensor Array
本文针对大型TES阵列TDM读出系统的室温电子学噪声问题，设计了一种八通道低噪声高分辨率读出电路，其ADC等效电流噪声低于10 pA/√Hz且分辨率大于11.5位，并支持每通道2 Gbps实时数据传输，可显著缩小TDM系统体积。
2025-02-08 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of TRL5 Firmware for Tuning, Biasing, and Readout of Kilopixel TES Bolometer Arrays
下一代天基毫米波望远镜，如JAXA的LiteBIRD任务，需要具有数千个探测器的焦平面，以实现其科学目标。数字频域多路复用（dfmux）技术允许探测器计数缩放，而不会出现线束、亚开尔文制冷机负载和其他缩放问题的线性增长。在本文中，我们描述了数字信号处理（DSP）固件在设计的FPGA中执行。该固件负责合成偏置音、执行测辐射热计电压偏置和/或超导量子干涉器件（SQUID）零电流的动态反馈控制、将测辐射热计通道解调和抽取为科学数据，以及将结果流式传输以供存储和最终下行链路。我们描述了该固件是如何为LiteBIRD量身定制的，包括控制路径、提高功率和资源效率、增加辐射缓解功能以及集成新的测辐射热计偏置方案，这些方案可能有助于缓解特定任务的设计挑战。本文是固件运行的电子平台描述的姊妹篇。
2022-07-22 astro-ph.IM
RF-ICE: large-scale gigahertz readout of frequency-multiplexed microwave kinetic inductance detectors
RF-ICE是一种面向MKIDs的千兆赫读出平台，基于FPGA实现0-6 GHz直接数字合成，支持两个1024通道模块，用于毫米波望远镜，并计划部署于SPT-SLIM和SPT-3G+实验。
2023-10-11 astro-ph.IM
NIKA: A millimeter-wave kinetic inductance camera
当前一代毫米波长探测器受到复杂的低温读出电子器件所施加的缩放限制。为了规避这一点，必须研究本质上包含强复用的技术。一种可能的解决方案是动态电感检测器（KID）。为了评估这种新生技术的潜力，构建了针对2 mm大气窗口优化的原型仪器。它被称为Néel IRAM KIDS阵列（NIKA），最近在西班牙Pico Veleta的毫米射电天文学研究所（IRAM）30米望远镜进行了测试。测量结果导致了许多来源的成像，包括行星，类星体和星系。火星、射电星MWC349、类星体3C345和星系M87的图像被呈现出来。根据这些结果，光学NEP被计算为大约$1 \times 10^{-15}$ W $ / $ Hz $^{1/2}$。通过改进探测器材料和减少降低性能的杂散辐射，预计10倍的改进是可行的。
2010-06-20 astro-ph.IM
Phase Drift Monitoring for Tone Tracking Readout of Superconducting Microwave Resonators
许多现代毫米波、亚毫米波和远红外探测器都是用超导微波（1- 10 GHz）谐振器读出的。主要的探测器技术是过渡边缘传感器，使用微波SQUID多路复用器（$μ$ mux）和微波动态电感探测器读取。在这些读出方案中，天空信号随着谐振频率的变化而编码。询问这些超导谐振器的一种方式是校准探测音调相位，使得来自谐振器的任何天空信号引起的频率偏移主要表现为询问音调的两个正交中的仅一个正交中的电压变化。然而，操作环境中的温度变化会产生相位漂移，这会降低相位校准，并且如果偏离最佳校准太远，则会在最终检测器时间排序数据中产生低频噪声。我们提出了一种方法，通过该系统的时间延迟，可用于反馈的谐振器探头音调校准角度或应用离线清洗的主动软件监控。我们实现和演示这种监测方法，使用SLAC微谐振器射频电子65通道$μ$多路复用器芯片从NIST。
2022-08-04 astro-ph.IM physics.ins-det
A kilo-pixel imaging system for future space based far-infrared observatories using microwave kinetic inductance detectors
未来的天体物理学和宇宙微波背景空间飞行任务在光谱的远红外至毫米部分运行，将需要非常大的超灵敏探测器阵列，并结合高多路复用系数和有效的低噪声和低功率读出系统。我们已经开发了一个演示系统适合这样的应用。该系统结合了一个961像素的成像阵列的基础上，微波动力学电感探测器（MKID）的读出系统，能够读出所有像素同时只有一个读出电缆对和一个单一的低温放大器。我们评估，在一个有代表性的环境中，在850 GHz的观测中心频率和20%的分数带宽的灵敏度，动态范围，光学效率，宇宙射线抑制，像素-像素串扰和总产量方面的系统性能。整个系统具有出色的灵敏度，使用热校准源测量的平均检测器灵敏度NEPdet= 3x 10 ^-19 W/rt（Hz）。在每像素50 fW的负载功率下，我们展示了白色，光子噪声限制探测器噪声下降到300 mHz。动态范围将允许在不调谐检测器的读出的情况下检测视场内的1 μ y亮源。当在L2或类似的远地球轨道上运行时，由于宇宙射线相互作用而产生的预期死时间<4%。此外，实现的像素良率为83%，像素之间的串扰<-30dB。这表明MKID技术可以提供1000量级的复用比，具有最先进的单像素性能，并且该技术现在已经足够成熟，可以考虑用于未来的空间观测站和实验。
2017-03-01 astro-ph.IM
High-bandwidth frequency domain multiplexed readout of transition-edge sensors for neutrinoless double beta decay searches
McGill University（麦吉尔大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
下一代低温中微子less双β衰变实验需要更快速的读取以提高背景区分度。本研究开发了基于McGill/Berkeley数字fMux读取的新型系统，实现156kHz的高带宽读取，以满足下一代TES仪器化低温 calorimeters的需求。
2026-06-08 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Frequency Multiplexed SQUID Readout of Large Bolometer Arrays for Cosmic Microwave Background Measurements
采用在亚开尔文温度下工作的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计的实验的一个技术里程碑是部署具有100 - 1000个测辐射热计的探测器阵列。这种阵列的一个关键技术是读出复用：能够在同一组导线上同时读出许多传感器。本文介绍了一种用于APEX-SZ和南极望远镜毫米波接收机的频域多路复用读出系统。在该系统中，探测器阵列被划分为七个探测器的模块，并且模块内的每个测辐射热计用唯一的~MHz正弦载波偏置，使得各个测辐射热计信号在频率空间中被很好地分离。来自模块中所有测辐射热计的电流被加在一起，并使用在4 K下工作的超导量子干涉器件（SQUID）进行预放大。室温电子设备解调载波以恢复测辐射热计信号，测辐射热计信号被单独数字化并存储到磁盘上。该读出系统相对于检测器本身贡献很少的噪声，对不需要的颤噪激励非常不敏感，并且提供了多路复用更大数量的传感器的技术途径。
2012-07-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Frequency Domain Multiplexing for MKIDs: Comparing the Xilinx ZCU111 RFSoC with their new 2x2 RFSoC board
Xilinx ZCU 111射频片上系统（RFSoC）是一种很有前途的解决方案，可用于读取大型微波动态电感探测器（MKID）阵列。该板拥有8个片内12位/ 4.096 GSPS模数转换器（ADC）和8个14位/ 6.554 GSPS数模转换器（DAC），以及930，000个逻辑单元和4，272个数字信号处理（DSP）片的现场可编程门阵列（FPGA）资源。虽然这对于读出8，000个MKID来说是足够的数据转换器带宽，具有2 MHz通道间隔和1 MHz采样率（每通道），但需要额外的FPGA资源来执行处理大量MKID所需的DSP。新的Xilinx RFSoC 2x2板是解决这个问题的一种方法。该电路板的成本仅为ZCU 111的五分之一，同时仍提供与ZCU 111相同的逻辑资源，尽管仅为数据转换器资源的四分之一。因此，使用多个RFSoC 2x2板将在FPGA资源和数据转换器之间提供更好的平衡，允许充分利用数据转换器提供的RF带宽，同时还降低了读出系统的每像素值成本，从ZCU 111的每像素约2.50欧元降至每像素1欧元。
2023-01-23 astro-ph.IM physics.ins-det
NIKEL_AMC: Readout electronics for the NIKA2 experiment
新的IRAM Kid Arrays-2（NIKA 2）仪器最近安装在IRAM 30米望远镜上。NIKA 2是一种最先进的仪器，专门用于毫米波天文学，使用微波动力学电感探测器（KID）作为传感器。相机中安装了三个阵列，两个为1.25 mm，一个为2.05 mm，总共有3300个KID。为了对这些大型检测器阵列进行检测，开发了一种专门设计的电子设备，由20个读出板组成，并安装在三个microTCA板条箱中。本文介绍了实现的解决方案和实现的性能。我们发现，高达400检测器每块板的复用因子可以实现跨板在真实的观测条件下，均匀的性能，和一个因素的3个以上的体积减少相对于前几代。
2016-10-25 astro-ph.IM physics.ins-det
A Configurable Ultra-Low Noise Current Source for Transition-Edge Sensor Characterization
本文设计了一种用于过渡边缘传感器表征的可配置超低噪声电流源，基于超低噪声仪表放大器与20位DAC反馈结构，实现10 nA分辨率并支持IV扫描和偏置阶跃测试，作为TDM-TES偏置控制系统的一部分。
2024-04-02 astro-ph.IM physics.ins-det
The Simons Observatory: Design and Initial Performance of the Detector Readout System for the Large-Aperture Telescope
Stanford University（斯坦福大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology（卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文介绍西蒙斯天文台大口径望远镜的低温超导探测器读出系统设计，采用微波频率多路复用实现每传输线读出860个测热辐射计，成功读出81.4%探测器，性能满足关键基准。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
On-sky performance of the SPT-3G frequency-domain multiplexed readout
频域多路复用（fMux）是一种用于读取大型过渡边缘传感器（TES）测辐射热计阵列的成熟技术。多路复用模块中的每个TES具有由谐振滤波器选择的唯一AC电压偏置。该方案使得能够在单对导线上操作和读出多个测辐射热计，从而减少亚开尔文级上的热负荷。目前在南极望远镜上的接收器SPT-3G使用68倍fMux系统来操作其$\sim$ 16，000 TES测辐射热计的大格式相机。我们在这里介绍的成功实施和性能的SPT-3G读出测量的天空。噪声的表征揭示了33 mHz的中值对差分1/f拐点频率，表明读出中的低频噪声不会限制SPT-3G在大角度尺度上对天空功率的测量。测量还表明，在每个SPT-3G观测波段的中值读出白噪声水平低于光子噪声的预期，表明SPT-3G是在光子噪声占主导地位的制度。
2019-07-25 astro-ph.IM physics.ins-det
